Применение сточных вод в рамках развития комплексных мелиораций на Агроландшафтах Омской области

Введение. Использование природных ресурсов на современном этапе постоянно требует решения множества проблем, связанных с рациональным природопользованием. Одна из актуальных проблем современности - увеличение количества промышленных, бытовых, сельскохозяйственных сточных вод, чаще всего сбрасываемых в водные источники. Как следствие, встает проблема их утилизации или вторичного использования, т.е. требуется внедрение новых технологий использования сточных вод [1].

Наиболее перспективное направление в использовании сточных вод - применение таких вод для орошения сельскохозяйственных культур в рамках внедрения комплексной мелиоративной практики. В этом случае решается несколько задач: и предотвращение сброса сточных вод в водоисточники, и повышение урожайности сельскохозяйственных культур, и появление дополнительных водных ресурсов для орошения в местах их недостаточного количества [7].

Один из способов утилизации сточных вод - орошение, которое позволяет получать гарантированные урожаи сельскохозяйственных культур независимо от складывающихся погодных условий за счет управления водными и связанным с ним воздушным, тепловым, солевым, микробиологическим и питательным режимами в почве [4] .

В сточных водах содержатся все активные элементы питания растений, а также азот, фосфор, калий. При использовании их для орошения создается комплекс природоохранных сооружений и мелиоративных мероприятий, то есть, кроме обязательных мероприятий для обеспечения орошения сточными водами, необходимо осуществлять и другие природоохранные комплексные меры.

В рамках теоретических исследований применения сточных вод рассматривается объект, находящийся на территории Калачинского района Омской области. Исследование базируется на имеющихся данных о наличии бытовых стоков в этом районе, особенностях рельефа, климата и выращивания сельскохозяйственных культур на территории Калачинского района Омской области. Исходные данными для исследования служат материалы комплексных изысканий и исследований, выполненных институтом «Газводпроект» в 2005 году для получения топографических, гидрологических и хозяйственных данных.

Участок утилизации сточных вод находится на левом берегу р. Оми и включает в себя комплекс необходимых сооружений для обеззараживания и очистки сточных вод, оросительную сеть и запроектированный севооборот, для орошения которого и будут использоваться сточные воды.

Исследования рассматривают внедрение и выводы при использовании комплекса сооружений, направленного на очистку сточных вод, позволяющего утилизировать сточные воды, улучшить экологическое состояние территории хозяйства и чистоту вод реки Оми, а также повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

Предусматривается оценка пригодности сточных вод для орошения сельскохозяйственных земель, выводы о повышении урожайности кормовых культур при орошении сточными водами, а также определение влияния на экологическое состояние рассматриваемой территории (например, выводы о сроках изменении уровня грунтовых вод)

Материалы и методы исследования. Использование сточных вод для орошения в рамках комплексной мелиорации земель основывается на биологической очистке их в специализированных прудах и окончательной почвенной доочистке на орошаемых полях под кормовыми культурами [6] . Возможность проведения исследования комплексного использования сточных вод в целях орошения базируется на данных об их постоянном наличии с суточным расходом 935 м³/сут.

Процесс подготовки сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур осуществляют в несколько этапов, которые предусматривают использование системы очистных прудов и технологии обеззараживания сточных вод [6].

Первым этапом вода от населенного пункта круглогодично попадает в зимний пруд - накопитель с расходом 935 м³/сут. Зимних прудов - накопителей в данном исследовании 2. Глубина наполнения пруда - 3 м. Зимний пруд-накопитель предназначен для накопления сточных вод за длительный зимний период. Эти пруды должны находиться на самых высоких отметках местности в пределах ОССВ, для того чтобы дальнейший сток воды в БОКС-пруды осуществлялся самотеком.

Вторым этапом в поливной период (май-август) в работу вступают бокс-пруды.

Биологические пруды представляют собой инженерные сооружения - искусственно созданные водоемы для биологической очистки сточных вод, основанной на процессах, которые происходят при самоочищении водоемов. Биологические пруды обеспечивают более высокий эффект бактериального самоочищения, чем сооружения искусственной биологической очистки. Нормальная работа прудов происходит в теплое время, и при температуре воды ниже 6⁰С резко ухудшается.

Существует 2 вида биологических прудов: проточные и контактные. Проточные пруды могут быть одиночными или расположенными в серии, когда вода из первого пруда поступает во второй.

Для очистки сточных вод наибольшее распространение получили контактные пруды. Это обусловлено тем, что такие пруды в отличие от проточных имеют множество преимуществ:

• устранение смешивания поступающих сточных вод с отводимыми водами, прошедшими отчистку;
• надежность в санитарно-гигиеническом аспекте;
• существление непрерывного технологического процесса (исключение процесса полного опорожнения после каждого цикла) [6].

Исходя из климатических условий территории, расхода сточных вод и концентрации загрязнений в них, наличия необходимой площади для строительства полей орошения и всего комплекса, данное исследование рассматривает технологию очистки сточных вод биологическими оксидационными контактными стабилизационными прудами (БОКС-пруды).

Ток воды из зимних прудов осуществляется самотеком за счет перепада отметок. Объем бокс-пруда зависит от суточного расхода зимнего пруда-накопителя и включает 20% чистой воды. Обеззараживание воды происходит за счет выделения кислорода водорослями (хлорелла) и подмешивания чистой воды с уже растворенным кислородом. Весь процесс осветления в каждом бокс-пруде выполняется за 8 дней и в течение 1 суток идет наполнение из зимнего пруда и сутки выпуск в полевой накопитель. Таким образом, наиболее экономично и целесообразно использовать БОКС-пруды в количестве 10 штук.

На последнем этапе сточные воды принимает полевой накопитель - смеситель, он производит окончательное расчетное разбавление чистой водой от водоисточника для уменьшения концентрации азота, фосфора, калия. Глубина полевого накопителя-смесителя зависит от объема поступающей воды, И =2...3 м. После того как сточные воды пройдут все технологические этапы очистки, они попадают на оросительную сеть [10].

Вода на оросительную сеть подается в два этапа. Насосная станция первого подъема подает воду из первичного водоисточника (река Омь) в полевой накопитель и частично подается в БОКС-пруды. Вода в прудах необходима для разбавления сточных вод с целью ускорения процессов самоочищения. Сточная вода от населенного пункта попадает в зимний накопитель и оттуда в БОКС-пруды. Затем из БОКС-прудов очищенная вода подается в полевой накопитель, где происходит окончательное разбавление сточных вод с чистой водой, и из пруда-накопителя насосной станцией второго подъема подается в оросительную сеть

Для исследования применения сточных вод принят основной набор культур при орошении сточными водами: однолетние травы (овес) с подсевом костра безостого, костер безостый, кукуруза на силос. Данный набор определен с учетом направления хозяйства, дефицита обеспеченности кормами и отзывчивостью культур на орошение сточными водами.

Для орошения сточными водами на оросительной сети принята дождевальная машина Фрегат ДМУ - Асс-337-45, Данная модификация машины специально предназначена для распределения сточных вод. Машина применяется для полива зерновых и технических культур, многолетних трав, лугов и пастбищ. Так как на одном из полей севооборота предполагается возделывание высокостебельных культур (кукуруза на силос), то применение данной машины рационально и оправданно [5].

Источником орошения служат сточные воды населенного пункта и чистые воды реки Омь для разбавления сточных вод до необходимой концентрации. Качественный состав сточных вод должен соответствовать агромелиоративным, санитарно-гигиеническим и ветеринарным требованиям. Количество и размеры взвешенных частиц и механических включений принимают с учетом технических требований на насосы, трубопроводы и поливную технику [6].

Оценка пригодности сточных вод для орошения культур в рамках комплексной мелиорации проводится путём сравнения полученных показателей с допустимым содержанием элементов, для этого химические компоненты из ионной нормы пересчитаны в эквивалентную форму.

Оценка качества сточных вод проведена на основании требований [9]. Отношение суммы натрия и калия к корню квадратному от полусуммы кальция и магния равняется 3,3 мг экв/л, что меньше 8 мг экв/л, значит сточные воды могут применяться для всех видов почв.

Отношение магния к кальцию равно 1.165. Содержание азота, фосфора и калия находится в пределах нормы. Сумма ионов натрия, кальция, калия, магния ([ №], [К], [Са], [М^]) равна 9,2 мг экв/л, что меньше 20 мг экв/л.

Качество сточных вод удовлетворительное, следовательно, сточные воды можно применять на всех видах почв.

Грунтовые вод на массиве орошения залегают на глубине 4,0-6,0 м, водовме-щающими грунтами являются суглинки тяжелые и глины тугопластичные. Воды безнапорные, пресные и солонцеватые, по химическому составу гидрокарбонатно-сульфатные натриевые.

Результаты исследования. Исследовав качество сточных вод, можно сделать вывод о том, что утилизация их в виде орошения не нанесет экологического вреда окружающей среде. Рациональное использование земель при комплексной мелиорации орошения сточными водами предусматривает комплексную и продолжительную эксплуатацию системы без ухудшения состояния почв. Чтобы избежать возможность отрицательного воздействия орошения, необходимо провести прогноз уровня грунтовых вод через расчетные периоды, а также возможного вторичного засоления; прогнозные расчеты являются основанием для разработки соответствующих мероприятий по предотвращению ухудшения [2] .

Обсуждения результатов. Как показало исследование, очистка и обеззараживание сточных бытовых вод близлежащего населенного пункта с расходом 935 м³/сут для дальнейшего использования при орошении целесообразно и с экономической, и с экологической точек зрения, так как в этом случае решается несколько задач: и предотвращение сброса сточных вод в реку Омь, и повышение урожайности сельскохозяйственных культур, и появление дополнительных водных ресурсов для орошения.

Вышеприведенный в работе расчет показывает, что прибавка разбавительных (дополнительных) суточных чистых вод составляет 2380 м³/сут, в то время как при общем суточном объеме разбавленных вод 5049 м³/сут фактический суточный расход сточных вод в летний период с учетом накопления их в зимний период составляет 2805 м³/сут. Это говорит о значительной экономии водных ресурсов р. Омь, так как используются разбавленные и очищенные сточные воды населенного пункта.

Оценка пригодности сточных вод для орошения культур в рамках комплексной мелиорации проводилась на основе сравнения полученных показателей с допустимым содержанием элементов на основании требований ВСН 33-2,02-86. В зависимости от соотношения содержаний натрия и калия, кальция и магния можно сделать вывод, что сточные воды применяются для всех видов почв. Содержание азота, фосфора и калия находится в пределах нормы. Качество сточных вод удовлетворительное, следовательно, сточные воды можно применять для орошения кормовых культур на всех видах почв без нанесения экологического вреда как почве, так и культурам.

Расчет баланса поступления инфильтрующихся вод за промежуток времени и интенсивности инфильтрационного питания показал, что подъем уровня грунтовых вод произойдет только через 21 год при интенсивном и регулярном орошении сточными водами. При этом что рекомендуемый срок эксплуатации системы 10-15 лет.

В наших исследованиях применение сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур в рамках внедрения комплексной мелиоративной практики показало свою целесообразность и экологическую эффективность. Приведены выводы об увеличении урожайности выбранных культур при орошении такими водами. Прогноз поднятия уровня грунтовых вод показал положительные результаты во времени. Доказано значительное улучшении в экологическом состоянии водных ресурсов р. Омь.

Заключение. Таким образом, в рамках этой работы были проведены следующие исследования:

1. Рассмотрены методики применения и утилизации сточных вод орошением в рамках комплексной мелиорации на примере агроландшафта, расположенного на территории Калачинского района Омской области, вблизи реки Омь,
2. Подробно изучены этапы очистки и обеззараживания сточных бытовых вод перед применением для орошения сельскохозяйственных культур,
3. Проведена оценка пригодности сточных вод после очистки для орошения культур,
4. Сделан временной прогноз подъема грунтовых вод при орошении сточными водами,
5. Рассмотрено влияние сточных вод на урожайность кормовых культур.